壁板坡隧道施工通风方案

壁板坡隧道施工通风方案摘要： 长大隧道通风是施工期间需重点解决的问题，壁板坡隧道出口左右线 分修，加一贯通平导，共三条隧道平行施工，单口施工七公里以上，国内罕见。 五公司施工的壁板坡隧道出口段结合施工组织设计的工作面布置和通风要求进 行通风系统设计，计算各工作面所需风量、风压，风机选型必须满足风量、风压 的要求， 通风效果必须满足各个工作面施工人员职业健康要求及机械设备正常工 作要求， 根据施工进度分四阶段分别采用压入式通风与巷道式通风相结合，取得 较好的通风效果。 关键词：壁板坡隧道通风方案 Abstract: The long tunnel ventilation is required during construction focused on solving the problem, siding around the tunnel exit line of slope repair, plus a flat lead through a total of three parallel tunnels construction, single-port construction seven kilometers or more, domestic rare. Five companies construction siding slope at the exit of the face with the construction organization design layout and ventilation requirements for ventilation system design, calculate the required face wind, air pressure, fan selection must meet the wind, air pressure requirements, ventilation results must meet all construction workers face occupational health requirements and mechanical equipment to work requirements, according to the construction progress of the four stages were used forced ventilation and tunnel ventilation combined to achieve better ventilation. Keywords: wall sloping tunnel ventilation plan 中图分类号:TU74 1 工程概况 壁板坡隧道全长 14756m， 最大埋深约 735m， 进口位于贵州盘县红果镇上纸 厂村，出口位于云南省富源县后所镇三丘田村。 线路设计型式为 “进口合修、 出口分修”， 合修段长 1363m， 分修段 13393m， 出口段左右线最小线间距 31.5m。 线路坡度设计为人字坡，最大纵坡 25‰；辅助坑导为贯通平导，全长 14717m。 平导单车道断面 5.6m× 6m 面积 36.8m2，双线正洞轨上面积为 100 m2，单线正洞 轨上面积为 70m2。 2 通风标准及设计思路 2.1 施工通风标准 洞内作业环境应符合《铁路隧道施工规范》要求，达到以卫生标准：（1）每立方米空气中含有 10%以上游离二氧化硅的粉尘不大于 2mg。空气 中氧气含量按照体积计不小于 20%。 （2）CO 最高容许浓度为 80ppm。 （3）洞内最小风速：正洞内不小于 0.15～0.25m/s，平导内不小于 0.25m/s。 （4）洞内有瓦斯时，瓦斯浓度应小于 0.5%。 2.2 设计思路 结合施工组织设计的工作面布置和通风要求进行通风系统设计， 依据隧道施 工规范计算各工作面所需风量、风压，风机选型必须满足风量、风压的要求，通 风效果必须满足各个工作面施工人员职业健康要求及机械设备正常工作要求。 （1）壁板坡隧道为特长隧道，辅助坑导只有一条贯通平导，且出口段为左 右线分修，通风组织较困难。为简化通风组织，施组原则为“平导加快，左线紧 跟，右线正常推进”。 （2）根据施工进度情况，分阶段选用不同的通风方式，进洞初期采用压入 式通风方式，在距洞口 30 米以外安装轴流式通风机，直接对工作面通风；随着 工作面前移， 横通道与正洞贯通具备巷道式通风条件后则选用巷道式通风，考虑 到平导施工超前，断面较小不利于污风排放，利用平导作为新鲜风进风巷道，利 用左线正洞排出污风，左线正洞工作面与横通道贯通后，主风机移至平导内，通 过风管给各个工作面通风， 平导只作为进风通道，进风段的平导不再作为运输通 道。 （3）巷道式通风系统设计，对于降低通风成本具有重要意义，施工组织时 应要考虑加快横通道与正洞贯通以及相邻横通道之间的贯通， 尽早形成巷道式通 风。 3 施工通风计算 3.1 风量计算 风量的计算主要是分别计算出各种情况下所需的通风量，如人员呼吸、稀释 围岩释放出的有害气体、爆破产生的炮烟、内燃机械尾气、施工产后的粉尘等所 需的风量， 选择最大风量作为隧道通风的需风量， 一般分为 5 种情况来计算风量。 3.1.1 隧道内作业人员呼吸所需要的总风量 我国隧道施工中采用的是每人 3m3/min,因此隧道作业人员呼吸所需的总风 量为：式中：－隧道作业人员呼吸需要的总风量（m3/min） ； －隧道内最多作业人员数量。 表 1 各工作面最大工作人数需风量计算表我国隧道计算出的作业人员呼吸所需风量只是参与风量的比较， 而不是额外 加到其它风量中的最大值上。 3.1.2 爆破排烟需风量 作业面爆破产生的炮烟主要包括一氧化碳、 二氧化碳和氮氧化物等有毒气体 以及粉尘。 爆破后排出炮烟需风量计算是以一氧化碳为基础的，其计算公式和方 法很多，而且通风方式不同，计算方法也有区别。我们隧道采用通风方式是的是 送风式通风，根据国内行业现场应用经验，推荐沃洛宁公式。但该公式中 Ca 为 最高容许浓度（MAC）,当要求的浓度标准为短时间接触容许浓度（PC－STEL） ， 即 15min 加权平均浓度时，当 b=40L/kg，Ca=0.008%，Pq=1 时沃洛宁公式简化 为：式中：—爆破排烟工作面需风量（m3/min） ； —通风时间（min） ，取 15min（由于技术进步通风时间不需 30 min，现在一 般 15 min） ； —同时爆破的炸药量（kg）; b—每千克炸药产生的 CO（L/kg） ，常见炸药 CO 产生的量见相关资料，一 般取 b=40 L/kg，遇到煤层时取 b=100 L/kg; A—隧道开挖的断面积（m2）; —通风长度 （m） ； 其中， —炮烟的抛掷长度 （m） ， 电雷管起爆时， ＝15+G/5， —安全系数，取 1.2。取值：平导 56.88m，双线正洞 66m，单线正洞 58.32m。 —通风区段内通风管始末端风量之比；先取＝1； （按风管不漏考虑）—CO 要求达到的 15min 加权平均浓度。取 0.008%； 《铁路隧道施工规范》 （TB10204－2002）规定特殊情况下施工人员必须进入工作面时 CO 的浓度为 100mg/m3，即 80ppm 或 0.008%。 表 2 工作面排除炮烟需风量计算表3.1.3 按允许最低风速计算风量 隧道施工规范规定：风速在全断面开挖时不小于 0.15m/s ，坑道内不小于 0.25m/s，但均不应大于 6m/s。 工作面风量计算： —最小风速风量（m3/min） ； V—允许最低风速（m/s）V 取 0.25m/s； A —开挖断面积（m2） 。 表 3 各工作面最小允许风速需风量计算表3.1.4 按稀释和排出内燃机废气计算风量 根据隧道施工规范，稀释内燃机设备所需的总风量为：式中：—稀释内燃机设备废气所需的总风量（m3/min） ； —洞内同时作业的内燃机设备的总功率（kw） ； －每种内燃机设备的额定功率（kw） 。 此式按 3m3/（min· kw）供风，实际上执行的是 CO 浓度为 50ppm 的卫生标 准。 风量的计算应按洞内同时作业的内燃机设备的总额定功率计算，有一台算一 台，不必用实际功率。表 4 稀释和排出内燃机废气风量计算表平导：259*2+142*1＝660kw（2 台出碴车 1 台挖机） 正洞：259*2+150*1＝668kw（2 台出碴车 1 台装载机） 3.1.5 按瓦斯涌出量计算风量 若工作面有瓦斯涌出，必须供给工作面充足的风量，冲淡、排出瓦斯，保证 瓦斯浓度在允许浓度以下。即：式中：—排除瓦斯所需风量（m3/min） ； —工作面瓦斯涌出量（m3/min） ； —工作面允许瓦斯浓度，取 0.5%； —送入工作面的风流中瓦斯的浓度； K—瓦斯涌出不均衡系数，K＝1.5～2。 壁板坡隧道根据施工实际情况而定，暂不考虑。 3.1.6 需风量计算 通过以上风量计算，平导设计需风量 1980 m3/min，单线正洞设计需风量 2004 m3/min。 设计需风量须考虑管路漏风量，根据日本青函隧道公式，需要的风量为： 壁板坡隧道风管选择的是直径为 1.5m 的涂塑或浸塑布制成的拉链式软风 管，摩擦系数＝0.0180，风管百米漏风率平均值＝0.95%。平导按 L＝2500m；正 洞按 L＝2100m 考虑，则： 日本青函隧道公式：表 5 需要的风机风量3.2 管路的通风阻力计算 3.2.1 摩擦阻力 当管路漏风时，计算公式为：—管路的摩擦阻力（Pa） ； —摩擦系数；取＝0.0180； —空气密度（kg/m3）取＝1.293kg/m3； —过风断面当量直径（m） ；取 d=1.5m； —风管百米漏风率平均值；取拉链软风管 0.95%； L—风管长度（m） ；平导按 L＝2500m；单线正洞按 2100m。 —风机工作点风量或送到作业面的风量（m3/s） 。 表 6 各工作面管道摩擦阻力计算表3.2.2 局部阻力 风流流经突然扩大或缩小、转弯交叉等的管路时，会产生能量消耗，根据平 导和正洞风管布置，平导不拐弯，不变径，正洞（左右线）风管从平导拐入正洞 按 2 次 45°“之”字形拐弯考虑，不变径。其按以下公式计算如下：—管路的局部阻力（Pa） ；—摩擦系数； —空气密度（kg/m3） ； A1—管路小断面面积（m2） ； —风机工作点风量（m3/s） 。 =0.008α0.75/n0.8 α=45°（转角） n=R/d R-转弯处曲率半径，d-风管直径 =0.02 =46.8 Pa 表 7 各工作面局部阻力计算表3.2.3 其它阻力 管道入口=0.6； 管道出口=1.0； 管道分岔处=1.0； 其它阻力按局部阻力的 5%考虑。 3.2.4 管道总阻力 不考虑风机进口损失，风机全压即为出口全压：再考虑局部阻力及其它阻力，则风机的风压计算如下：表 8 各工作面风机风压计算表4 通风设备的选择 4.1 风管选择 根据壁板坡隧道断面、送风最大距离、需风量、漏风率等选择的风管是直径 为 1.5m 的涂塑或浸塑布制成的拉链式软风管。 4.2 风机设备选型 表 9 设计风量、风压表（摩擦阻力）表 10 平导选用风机参数表5 施工通风方案 为便于施工组织和通风组织，左线工作面按照“1 个正洞工作面+2 个横通道 工作面”的原则安排布置，右线安排要与左线拉开一定距离，即在左线已贯通段 安排右线工作面施工。 5.1 第一阶段通风方案（洞口） 第一阶段通风方案为洞口段，平导与左右线之间通道未贯通，平导与左、右 线分别进行通风，通风方式为压入式。图 1 第一阶段通风方案5.2 第二阶段通风方案 第二阶段通风方案为平导与左线间横通道已贯通，左线已开 2 个横通道， 但横通道施工左线之间未贯通，右线未开横通道，不具备巷道式通风条件，采用 压入式通风。图 2 第二阶段通风方案 5.3 第三阶段通风方案 左线横通道已贯通，通风机进入平导内，平导为新鲜风进风通道，禁止车辆 通行， 施工车辆从横通道拐入左线正洞通行。对应左线已贯通段的右线横通道已 开展施工， 但横通道之间未贯通，通过邻近的平导与左线的横通道从平导进风通 道直接给右线供风，采用压入式通风。此方案为现阶段通风方案。图 3 第三阶段通风方案（现阶段通风方案）5.4 第四阶段通风方案 平导超前，左线保持 2 个工作面施工，平导和左线形成巷道式通风；右线保 持 3 个工作面施工， 出口横通道及对应左线通道已贯通，从进风通道直接向右线 采用压入式通风。图 4 第四阶段通风方案5.5 射流风机的设置 （1）风机进洞距离较远时在进风段增设射流风机，加快新鲜风的流速。 （2）在污风通道上的横通道处设置射流风机进行导流。 （3）在二衬台车处设置射流风机，加快掌子面至二衬工作面之间的污风排 出。 6 施工通风监测 （1）管道通风监测：用比托管、U 型压力计以五环 10 点法测试风管全压和 静压，用 1.2m、1.0m 比托管、DGM-9 型补偿式微压计测试管道内风的动压。 （2）气象条件测试：用数字式温度计测试管道内、外气温，用空盒气压表、 干湿球温度计测试巷道内各点气压和湿度值。 （3）巷道通风监测：与管道通风测点相同截面上用电子风速仪以 9 点法测 试巷道风速、风量。 （4）隧道内炮烟及有害气体扩散规律测试：用 P-5 型数字粉尘计自动记录 各测点烟尘每分钟浓度动态变化， 用远红外线 CO 测试仪记录每个测点炮烟中一 氧化碳浓度动态变化。 （5）施工通风监测可根据需要进行，也可安排定期监测，监测根据测试结 果进行通风系统改进。 表 12 通风检测设备7 效果评价 壁板坡隧道现为第三阶段通风方案，经实测工作面风速及粉尘含量，能满足 通风标准。在通风方案执行过程中，需加强通风系统的维护，否则很难保证通风 效果。 （1）风管挂设要平、顺、直；风管接头采用带内衬裙和两层外密封边的拉 链式接头，防止漏风。经常对风管进行检查，发现破损等情况及时处理，对于严 重破损的管节，必须及时更换。（2）因洞内渗水和温度变化的影响，风管内会积水，故应定期排水，以减 少风管承重和阻力。 （3）通风机专人定期维护保养。 （4）第三、四阶段通风方案中，横通道贯通后不使用时应进行封闭，防止 污浊空气进入平导。 参考文献： [1] 铁道部工程管理中心.铁路隧道施工通风技术与标准化管理指导手册 .北 京：中国铁道出版社，2009 年. [2] 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范(TB10204-2002).北京:中国铁 道出版社，2002 年.